Biyofiziksel kimya

Biyofiziksel kimya, biyolojik sistemleri anlamak için fizik ve fiziksel kimyanın temel ilkelerini kullanan bir bilim dalıdır. Bu alan, biyolojik olayları moleküllerin yapısı ya da bu moleküllerin oluşturduğu daha büyük yapılar, yani supramoleküler düzeylerde açıklamayı hedefler. Biyofiziksel kimyacılar, biyolojik sistemlerdeki çeşitli fenomenleri, bu sistemlerin temel yapı taşları olan moleküller üzerinden inceleyerek anlamaya çalışırlar. Bunun yanında, biyolojik uygulamalarla sınırlı kalmayıp, biyofiziksel kimya, son yıllarda tıbbi araştırmalarda da önemli ilerlemeler kaydetmiştir.

Tarihçe
20. Yüzyıl
Almanya
Biyofiziksel kimyanın temelleri, fizikokimyacı biyolojik ve fizyolojik sorunları fizik ve kimya bilgisiyle ele alma çabasından doğmuştur. Bonhoeffer, demirin elektrik akımıyla sinir uyarılarını taklit etmeyi amaçlayan bir çalışma yapmıştır. Göttingen'de biyofiziksel kimya alanının temellerinin atılmasından sonra, Alman Nobel Ödüllü bilim insanı Manfred Eigen, bu alanı önemli ölçüde geliştirmiştir. 1971 yılında, fizikokimya ve spektroskopi enstitülerini birleştirerek araştırma alanını daha da genişletmiştir. Günümüzde, Göttingen'deki biyofiziksel kimya araştırmaları, bilimsel bilgiyi birleştirerek yaşam süreçlerini anlamayı amaçlamaktadır.

Hollanda
Hollandalı bilim insanı , biyolojik sistemlerde su ve proteinleri izlemek için nükleer manyetik rezonans (NMR) tekniğini kullanan bir araştırma grubu kurmuştur. Bu çalışma, suyun biyolojik bağlanma özellikleri hakkında önemli bilgiler sunmuş ve birçok biyolojik fenomeni daha iyi anlamamıza olanak tanımıştır.

Modern Dönem
Günümüzde biyofiziksel kimya, iyon kanalları, genetik materyali aktive eden promotörler, kök hücreler ve biyomoleküllerin tespiti ve analizi gibi birçok farklı konuyu kapsamaktadır.

Teknikler
Biyofiziksel kimyacılar, biyolojik sistemlerin yapısını incelemek için fizikokimya alanından çeşitli teknikler kullanmaktadır. Bu teknikler arasında, nükleer manyetik rezonans (NMR), ve kriyojenik elektron mikroskopisi gibi spektroskopik yöntemler yer almaktadır. Bu alanda yapılan önemli bir çalışma, 2009 yılında Kimya Nobel Ödülü’nü kazanan ribozom X-ışını kristalografi araştırmalarıdır. Bu çalışmalar, ribozomun mRNA’yı polipeptitlere dönüştüren moleküler makine olarak biyolojik işlevinin temel fiziksel ilkelerini ortaya koymuştur.

Uygulamalar
Biyofiziksel kimyanın biyoloji ve tıp alanındaki birçok uygulaması vardır:

Hücre Zarı Çalışmaları
Çift katlı lipit tabakası, hücre zarlarının yapısının tanımlanmasında kullanılır. Günümüzdeki gelişmiş tekniklerle lipid çift tabakalarının özellikleri, örneğin viskozite gibi özellikleri, daha ayrıntılı şekilde incelenebilir. Yapılan çalışmalar, tek bir fosfolipid çift tabakasından oluşan lipozomlarda bile farklı viskozite seviyelerinin tespit edilebileceğini ortaya koymuştur.

Protein Tepkimeleri Çalışmaları
Birçok , biyolojik sistemlerdeki protein tepkimelerinin kinetik özelliklerini belirlemeye yardımcı olur. Ayrıca, biyolojik reaksiyonları lazer ışınlarıyla kontrol edebilmek ve yönlendirmek de mümkündür.

Hidrojel Sentezi
Riboflavin (B2 vitamini), ışık ve oksijenle etkileşime girerek çeşitli reaksiyonlar oluşturabilen bir bileşiktir. Bu reaksiyonlardan biri de hidrojel sentezidir. , şekli bozulmadan büyük miktarda su tutabilen ve çeşitli uygulamalarda kullanılan bir materyaldir. İlaç taşıma, yapay kaslar ve doku mühendisliği gibi alanlarda hidrojel kullanımı yaygındır.

Enzim İyileştirme
Enzimler, kimyasal reaksiyonları hızlandıran maddelerdir. Ancak, enzimlerin gerçek dünya uygulamalarında bazı sınırlamaları vardır. Biyofiziksel kimya ilkeleri, bu sınırlamaları aşmak ve enzimlerin performansını artırmak için kullanılabilir.

Kanser Tedavisi
DNA, tüm canlıların temel yapı taşıdır ve kanser tedavisinde önemli bir hedef moleküldür. Kanser ilaçlarının DNA ile etkileşimlerinin incelenmesi, daha etkili tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine olanak sağlar.

Enstitüler
Biyofiziksel kimyanın köklü enstitülerinden biri, Almanya'nın Göttingen şehrinde bulunan Max Planck Biyofiziksel Kimya Enstitüsü'dür.

Ayrıca bakınız
Biyofizik
Biyokimya

Kaynakça